在微电子封装领域，球形键合点的可靠性是决定器件寿命和性能的关键。然而，单一的剪切力测试数值往往无法反映键合界面的真实质量。决定键合强度的核心物理本质究竟是什么？两个独立研究机构验证的实验数据为我们揭示了答案：剪切力与有效键合区域之间存在直接且决定性的关系。理解这一关系，是从经验性判断走向科学工艺控制的基础。今天，科准测控小编将带您深入剖析其中的专业细节。
一、材料本征强度：决定理论性能上限
实验数据清晰地表明，不同键合材料的本征剪切强度是评估键合点理论性能的基础。例如：
金丝体系：掺杂微量Cu和Ag（<10ppm）的Au丝，其测得的剪切强度约为90MPa。而采用掺杂铍等元素的金合金引线，其强度可能再提升10%-20%。值得注意的是，由于金焊球在键合后通常处于退火状态，其强度受工艺影响相对较小，因此在剪切力-键合区域关系图中通常表现为一条明确的曲线。
铝丝体系：情况则复杂得多。硬态Al-Si丝（含1%Si）的极限剪切强度可达139MPa，而退火态则降至84MPa。这意味着，在采用铝焊盘的系统（如常见的Au-Al键合）中，键合点的最终失效可能发生在强度相对较低的一侧——可能是金球，也可能是铝层。这取决于铝焊盘的具体特性（如硬度、纯度、晶粒结构）。
核心结论：键合点的理论强度上限由系统中“薄弱环节"的材料本征强度决定。这解释了为何在评估时，必须同时考虑引线和焊盘两侧的材料属性。
二、有效键合区域：连接理论与实际的桥梁
理论强度必须通过有效的物理连接来实现，而这个连接区域就是“键合区域"。上图核心价值在于，它将理论材料强度与一个可测量的物理尺寸——键合区域直径——关联起来，从而可以评估出特定尺寸焊球所能达到max预期剪切力。
这里存在一个关键的技术细节：如何准确测量这个“直径"？
1. 对于常规焊球：建议测量焊球顶部的瓷嘴压痕外径。显微观察证实，该压痕边界与实际金属间化合物（焊接）区域的周边非常接近，比使用焊球max外径更为准确，估算值可能低15%-20%，但更贴近真实承载面积。
2. 对于细节距焊球：由于焊球形貌可能变为非标准的倒锥形，通常建议使用整个焊球的外径进行测量和评估。
三、微小尺寸挑战：对测试设备提出精准要求
相关实验揭示了一个重要趋势：当键合区域直径低于约50μm时，剪切力值将迅速下降至20gf以下。这对测试技术提出了严峻挑战：
测试难度激增：极小的力和极小的尺寸，使得测试的定位精度、力值分辨率和工具刚性变得至关重要。
设备需求升级：必须使用更精细的剪切工具，并配备具有更高定位能力和稳定性的测试系统。
测试方法的界限：当尺寸小到一定程度，剪切测试将变得不切实际，此时需要转向更精密的拉力测试（如引线拉力测试）进行补充评估。
四、精密键合强度评估专业解决方案
要精准验证上述理论关系，并将其实践于工艺研发与质量控制中，依赖于高精度、高稳定性的专业测试设备。这正是科准测控力学测试系统所专注的领域。科准测控的微机控制电子试验机及专用的微力测试模块，为球形键合点的剪切测试提供了理想平台，通过科准测控的专业设备，客户能够超越经验判断，基于精确数据深入理解键合机理，优化键合参数，并最终建立起稳定、可靠的键合强度质量控制体系。
